DE102006009910A1 - System zur Kontrolle der Ölqualität von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein System zur Überwachung der Ölqualität bei Verbrennungsmotoren, insbesondere solchen, die mit Pflanzenöl betrieben werden. Hierbei werden vom Motor erfasste Daten, wie Drehzahl, Druck und Temperatur, mittels einer Steuerung so verknüpft, dass sie als Kennfeld definiert werden können. Dieses wird mit einem in der Steuerung hinterlegten Kennfeld verglichen und bei untolerablen Abweichungen eine entsprechende Meldung oder Einwirkung auf den Motor bewirkt.

Description

• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine umfassende ständige Kontrolle des Schmieröls zu gewährleisten, speziell bei Dieselmotoren, die mit Pflanzenöl betrieben werden. Bei solchen Motoren kommt es durch den Eintrag von Pflanzenöl gelegentlich zu einer Polymerisation des Schmieröls, was einen kapitalen Motorschaden zur Folge haben kann. Zwar kommt es auch bei Benzin- und konventionellen Dieselmotoren zu einem Eintrag von Kraftstoff in die Ölwanne, insbesondere in der Kaltlaufphase, doch wird der Kraftstoff aufgrund seiner niedrigen Verdampfungstemperatur bei betriebswarmem Motor wieder verdampft. Währenddessen sammelt sich Pflanzenöl wegen seiner hohen Verdampfungstemperatur (über 250°C) im Schmieröl an, was zu den erwähnten unerwünschten chemischen Reaktionen führen kann. Durch eine entsprechende Ölkontrolle kann dem durch rechtzeitigen Ölwechsel vorgebeugt werden.
• Unter dem Begriff "Ölkontrolle" versteht man heute neben der reinen Füllmengenkontrolle auch die Prüfung der Ölgüte. Während die Füllmengenkontrolle schon seit vielen Jahren angewendet wird, ist die Analyse der Ölgüte im Fahrzeug neu. Um die Ölgüte messen zu können, wird beispielsweise eine Leiffähigkeitsmessung des Öls vorgenommen und in mehreren Stufen angezeigt. Die Ölkontrolle findet im Gegensatz zur Peilung mit dem Messstab bei den neueren Dieselmotoren stets bei laufendem Motor statt. Bei neueren Benzinmotoren liest der Diagnosetester den Motorölstand bei eingeschalteter Zündung aus.
• Für den Autofahrer ist eine solche Kontrolle bequem, denn es genügt ein Knopfdruck am Armaturenbrett. In der Werkstatt hilft die sog. Esitronic-Software des KTS-Diagnosegerätes weiter. Gleich aus dem Einstiegsbildschirm des Diagnose-Programms ist der Punkt Ölkontrolle auswählbar. Als Prüfvoraussetzung nennt das Gerät nach der Auswahl, dass die Prüfung nur sinnvoll ist, wenn der Motor betriebswarm ist und sich im Leerlauf (Diesel) bzw. bei eingeschalteter Zündung (Benzin) befindet. Wenn das erreicht ist, wird die Ölkontrolle gestartet. Im Prüfdialog erscheinen die vom Ölsensor ermittelten Werte: die Öltemperatur, der Ölstand in Millimeter und die Ölqualität als numerischer Wert. Über die Diagnose-Software ist auch der Abruf von Fehlercodes möglich, wenn eine Störung im System vorliegt.
• Verschiedene Methoden der Ölprüfung sind bekannt: Seit 1996 beliefert Continental Temic die Automobilindustrie und deren Zulieferer mit sog. QLT Ölzustandssensoren. QLT steht für Qualität, Level, Temperatur – die Erfassung von Qualität, Füllstand und Temperatur des Motoröls. Unter Einbeziehung weiterer vom Motor vorgegebener Daten kann mit diesen Werten u.a. der optimale Zeitpunkt für den Ölwechsel bestimmt werden. Dies spart Kosten, schont die Umwelt und trägt zu einer längeren Motorlebensdauer bei. Über die Dielektrizitätskonstante, welche mit einem Kondensator gemessen wird, kann eine direkte Aussage über die Qualität des Motoröls getroffen werden. Mit einem weiteren Kondensator wird der Füllstand des Öls erfasst. Die Öltemperatur misst ein PT 1000 Element. Die Messwerte werden als Puls-Weiten-Modulierte (PWM) Signale oder über Standardschnittstellen wie z.B. BSD und LIN übermittelt.
• Den ersten Ultraschall basierten Sensor zur Messung des Ölfüllstands stellte HELLA auf der IAA 2005 vor. Die bei dem Ölsensor eingesetzte Ultraschall-Technologie zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei hoher Zuverlässigkeit und präziser Messung kostengünstig ist. Für den Autofahrer bedeutet der neue Ölsensor: Nie mehr Peilstab zur Ölfüllstands-Messung ziehen. Denn wenn nicht mehr ausreichend Öl vorhanden ist, signalisiert der Sensor dem Fahrer den Auffüllbedarf und stellt sicher, dass der Motor nicht unbemerkt mit zu wenig Öl arbeitet. Außerdem errechnet der Sensor permanent den Ölverbrauch für die Reststreckenprognose, wobei der Fahrer im Kombi-Instrument stets abrufen kann, wieviel Öl noch vorhanden ist. Wahlweise kann der Ölsensor mit einem speziellen Chip, der so genannten Tuning Fork ("Stimmgabel") versehen werden. Über diese lässt sich zusätzlich der Ölzustand messen, der beispielsweise durch die individuelle Fahrweise sowie Verunreinigungen durch Kraftstoff, Ruß oder Wasser beeinflusst wird. Der Ölzustandssensor überwacht kontinuierlich die wesentlichen Eigenschaften des Öls: Viskosität, Dichte und Permittivität. Das verhindert Motorschäden, denn eine unzureichende Schmierfähigkeit des Öls wird sofort erkannt und dem Fahrer signalisiert. Der Ölzustands-Chip nennt sich "Tuning Fork", da er in Funktionsprinzip und Aussehen an eine "Stimmgabel" erinnert. Denn die Tuning Fork wird über einen definierten Frequenzbereich angeregt und ihre Übertragungsfunktion gemessen. Über diesen Weg ist es erstmals möglich Viskosität, Dichte und Permittivität als voneinander unabhängige Größen zu ermitteln. Dies ist mit bisher am Markt verfügbaren Sensoren nicht möglich gewesen.
• Auch der Sensor SGM110 von BOSCH misst permanent neben den Größen Temperatur und Füllstand als Ölzustandsgrößen die Viskosität und die Permittivität. In Verbindung mit einem Motoröl-Managementsystem lässt sich so der optimale Zeitpunkt eines Ölwechsels wesentlich präziser bestimmen als bisher.
  (Im Internet: http://www.kfztech.de/kfztechnik/elo/sensoren/oelsensor.htm)
• Hier setzt nun die Erfindung ein, denn die vorbeschriebenen Systeme bedingen alle einen separaten und speziellen Sensor. Abgesehen von zusätzlichen Kosten, muss auch konstruktionsseitig der nötige Platz für den Einbau vorgesehen sein und der Geber durch Kabelstränge in die elektrische Verdrahtung einbezogen werden.
• Es ist jedoch auch möglich, die Überwachung ganz ohne zusätzliche Einbauten und Kabelverlegungen zu erreichen. Moderne Motoren haben ohnehin bereits ein Motormanagement, u.a. mit den Gebereingängen für Drehzahl, Öldruck, Öltemperatur, Ölstand, und viele andere Geber. Durch eine logische Verknüpfung der vorhandenen und laufend gemessenen Informationen im Motormanagement oder durch ein separates Steuergerät wird erfindungsgemäß die Aufgabe gelöst. Konkret errechnet sich aus der Drehzahl der Ölpumpe, dem gemessenen Öldruck und der Öltemperatur die Viskosität, als Indikator für die Veränderung des Ölzustandes.
• Beispielsweise kann die Funktion des Systems sich den Umstand zunutze machen, dass der Öldruck als Maß für die Viskosität dienen kann und zwar so, dass ein höherer Öldruck auch eine höhere Viskosität anzeigt, wenn die Drehzahl und die Temperatur unverändert bleibt. Gleichzeitig wird die Viskosität durch steigende Temperatur verringert und der Öldruck durch steigende Drehzahl erhöht. Auf diese Weise kann für jede Ölsorte durch ein dreidimensionales Kennfeld jeder Punkt exakt mathematisch zugeordnet werden und das Steuergerät mit einem entsprechenden Toleranzband ausgelegt werden. Gibt es nach einer bestimmten Zeit untolerable Abweichungen, kann das Gerät eine Motoreinwirkung vornehmen oder eine Alarmmeldung geben. Zur Eichung kann ein Reset nach jedem Ölwechsel erfolgen, wobei das frische Öl als Referenz für ein neues Mapping dient. Zum Beispiel können dafür über einen bestimmten Zeitraum – etwa einen Tag lang – hinweg, in welchem der Motor einen hinreichend großen Temperatur und Drehzahlbereich bestrichen hat, die Daten gesammelt und als Referenzkennfeld abgespeichert werden. Die dabei noch nicht erfassten Punkte werden extrapoliert. Erst danach setzen die Vergleichsmessungen zur Ölkontrolle ein. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass vom Betreiber verwendete unterschiedliche Öle (Sommer- oder Winteröl) keine Auswirkungen auf die Messgenauigkeit haben.
• Bei Fahrzeugen die nachträglich auf Pflanzenöl umgerüstet werden und ein Eingriff in die Motorsteuerung nicht mehr möglich oder zu kompliziert ist, kann es zweckmäßig sein, für dieses System ein eigenes Steuergerät zu verwenden.

Claims (8)

1. System zur Überwachung Ölqualität bei Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet dadurch, dass die Qualität durch Verknüpfung der vom Motor gelieferten Messgrößen errechnet und zur Anzeige gebracht wird, oder eine Einwirkung auf den Motor ausgeübt wird.
2. System nach 1, gekennzeichnet dadurch, dass als zu verknüpfende Messgrößen Drehzahl, Öldruck und Öltemperatur gewählt werden.
3. System nach 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Messgrößen mittels eines dreidimensionalen Kennfeldes so dargestellt werden, dass jeder Punkt des Kennfeldes eindeutig einer bestimmten Ölsorte zugehört und dass Abweichungen von diesem idealen Kennfeld über eine festlegbare Toleranz hinaus angezeigt und gemeldet werden.
4. System nach 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass nach jedem Ölwechsel das Kennfeld entsprechend der Ölsorte und deren Daten neu angepasst wird.
5. System nach 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Neubestimmung des Kennfeldes automatisch erfolgt dadurch, dass die während eines festlegbaren Zeitraumes gesammelten Informationen im laufenden Motorbetrieb als Referenzparameter gelten und erst nach Ablauf dieses Zeitfensters, der Vergleich der laufend eingehenden Informationen mit den abgespeicherten stattfindet.
6. System nach 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Zeitraum ein voll durchfahrener Kalt Warm-Zyklus gilt, aus dessen gesammelten Datensatz das neue Referenz-Kennfeld gebildet wird.
7. System nach 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass hierfür ein eigenes Steuergerät verwendet wird.
8. System nach 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass es bei mit Pflanzenöl betriebenen Motoren zum Einsatz kommt.